KR20090053694A - Illumination optical apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method - Google Patents

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KR20090053694A KR1020080110857A KR20080110857A KR20090053694A KR 20090053694 A KR20090053694 A KR 20090053694A KR 1020080110857 A KR1020080110857 A KR 1020080110857A KR 20080110857 A KR20080110857 A KR 20080110857A KR 20090053694 A KR20090053694 A KR 20090053694A
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타카노리 우에무라
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캐논 가부시끼가이샤
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Abstract

조명 광학장치는 광원으로부터의 광속을 피조사면에 조사하도록 구성된다. 이 조명 광학장치는 복수의 프리즘을 갖는 제 1의 프리즘군과, 복수의 프리즘을 갖는 제 2의 프리즘군과, 상기 제 1의 프리즘군과 상기 제 2의 프리즘군을 전환하여 상기 제 1의 프리즘군과 상기 제 2의 프리즘군 중의 하나를 광로 중에 배치하는 것이 가능한 프리즘군 스위치를 구비한다. 상기 광로 중에 배치된 상기 제 1 및 제 2의 프리즘군 중 하나에 포함된 복수의 프리즘의 적어도 1개를 광축 방향으로 이동시키는 것으로, 상기 제 1 및 제 2의 프리즘군 중 하나로부터 사출되는 광속의 윤대율을 변화시키고, 상기 제 1의 프리즘군으로부터 사출되는 광속의 윤대율의 상한값은, 상기 제 2의 프리즘군으로부터 사출되는 광속의 윤대율의 하한값 이상이며, 상기 제 2의 프리즘군으로부터 사출되는 광속의 윤대율의 상한값보다 작다.The illumination optics is configured to irradiate the irradiated surface with the light beam from the light source. The illumination optical apparatus switches between the first prism group having a plurality of prisms, the second prism group having a plurality of prisms, the first prism group and the second prism group, and the first prism. The prism group switch which can arrange | position one of a group and said 2nd prism group in an optical path is provided. By moving at least one of the plurality of prisms included in one of the first and second prism groups disposed in the optical path in the optical axis direction, the luminous flux emitted from one of the first and second prism groups The upper limit of the rotational ratio of the luminous flux emitted from the first prism group by varying the annular magnification is greater than or equal to the lower limit of the rotational ratio of the luminous flux emitted from the second prism group, and is emitted from the second prism group. It is smaller than the upper limit of the rotation rate of the light beam.

Description

조명 광학장치, 노광장치 및 디바이스 제조방법{ILLUMINATION OPTICAL APPARATUS, EXPOSURE APPARATUS, AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}ILLUMINATION OPTICAL APPARATUS, EXPOSURE APPARATUS, AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}

본 발명은, 조명 광학장치, 노광장치 및 디바이스 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an illumination optical apparatus, an exposure apparatus and a device manufacturing method.

근년, 반도체 처리 속도의 고속화 및 전자기기의 소형화가 한층 진행되어, 반도체 디바이스 패턴의 미세화에 대한 요구가 더욱더 높아지고 있다. 실리콘 웨이퍼나 유리 플레이트 등의 기판에 미세한 회로 패턴을 묘화하는 공정에서는, 포토리소그래피 기술은 필수적인 기술이 되고 있다.In recent years, the speed of semiconductor processing speed and the miniaturization of electronic devices have been further progressed, and the demand for miniaturization of semiconductor device patterns is increasing. In the process of drawing a fine circuit pattern on board | substrates, such as a silicon wafer and a glass plate, photolithography technique becomes an essential technique.

이 리소그래피 공정에서는, 소망한 패턴이 미리 패터닝된 레티클(원판)을 조명하고, 투영 광학계를 통해서 그 상을 감광 기판 상에 전사한다. 상기 설명에서는, 원판으로서 "레티클"이라고 하는 말을 사용했지만, 일반적으로 투영 광학계가 축소 광학계인 경우에 "레티클"을 사용하고, 투영 광학계가 등배 광학계인 경우에 "마스크"라고 하는 말이 사용된다. 본 발명은 투영 광학계의 배율에 의해 한정되는 것은 아니지만, 쉽게 이해하기 위해서, 이하에서는 "레티클"이라고 하는 말을 사용하기로 한다.In this lithography step, the desired pattern illuminates the reticle (original) patterned in advance, and the image is transferred onto the photosensitive substrate through the projection optical system. In the above description, the word "reticle" is used as the original plate, but in general, "reticle" is used when the projection optical system is a reduced optical system, and "mask" is used when the projection optical system is an equal magnification optical system. The present invention is not limited to the magnification of the projection optical system, but for easy understanding, the term "reticle" will be used hereinafter.

반도체 노광장치는, 주로 스텝형 노광장치와 스캔형 노광장치의 2 종류의 장치로 나눌 수가 있다. 스텝형 노광장치는, 스캔형 노광장치에 비해, 구조가 비교적 간단하고 코스트가 감소한다고 하는 이점이 있다. 그러나, 넓은 영역을 노광하기 위해서는 투영 광학계의 노광 필드를 크게 할 필요가 있다. 따라서, 수차 보정의 관점에서는 불리하다.A semiconductor exposure apparatus can be mainly divided into two types of apparatuses, a step type exposure apparatus and a scan type exposure apparatus. The step type exposure apparatus has an advantage that the structure is relatively simple and the cost is reduced as compared with the scan type exposure apparatus. However, in order to expose a wide area, it is necessary to enlarge the exposure field of a projection optical system. Therefore, it is disadvantageous in terms of aberration correction.

한편, 스캔형 노광장치는, 레티클과 감광 기판을 동기해서 주사하면서 노광을 행한다. 주사하는 것에 의해 투영 광학계의 노광 필드보다 큰 영역을 노광할 수가 있다. 이 때문에, 투영 광학계의 노광 필드의 크기를 작게 할 수 있는 이점이 있다. 따라서, 투영 광학계의 수차 보정의 관점에서, 스캔형 노광장치는 스텝형 노광장치보다 우수하다.On the other hand, a scanning exposure apparatus performs exposure, synchronously scanning a reticle and a photosensitive board | substrate. By scanning, the area larger than the exposure field of a projection optical system can be exposed. For this reason, there is an advantage that the size of the exposure field of the projection optical system can be reduced. Therefore, in view of the aberration correction of the projection optical system, the scan type exposure apparatus is superior to the step type exposure apparatus.

노광장치의 해상도 R은, 일반적으로 레일리(Rayleigh)의 식으로 불리는 이하의 식(1)으로 표현된다.The resolution R of the exposure apparatus is expressed by the following formula (1), which is generally referred to as Rayleigh's formula.

Figure 112008077482853-PAT00001
Figure 112008077482853-PAT00001

이 식(1)에서, k1는 프로세스 계수, λ는 노광장치의 광원 파장, NA는 투영 광학계의 개구수이다. 식(1)으로 나타낸 레일리의 식에 따라, 해상도 R를 작게 해서 미세한 회로 패턴을 묘화하려면, 프로세스 계수 k1 또는 파장 λ을 작게 하거나, 투영 광학계의 개구수 NA를 크게 할 필요가 있다.In this equation (1), k1 is a process coefficient, λ is a light source wavelength of the exposure apparatus, and NA is a numerical aperture of the projection optical system. In accordance with Rayleigh's equation represented by Formula (1), in order to draw the fine circuit pattern by reducing the resolution R, it is necessary to reduce process coefficient k1 or wavelength (lambda), or to enlarge numerical aperture NA of a projection optical system.

근년, 투영 광학계의 개구수 NA를 크게 하기 위한 수단으로서, 액침노광 기술 등이 주목받고 있다. 그러나, 일반적으로, 투영 광학계의 개구수 NA를 크게 하 면, 투영 광학계는 대형화 내지 복잡화되고, 노광장치의 비용 증대를 부른다. 파장 λ이 작은 노광 광원의 코스트는 높아진다. 파장 λ이 작은 노광 광원을 사용하면, 글래스(glass)재의 흡수율 및 복굴절이 크기 때문에, 효율이 감소하고 소망한 상 성능을 얻을 수 없다고 하는 문제가 있다.In recent years, immersion exposure technology and the like have attracted attention as a means for increasing the numerical aperture NA of the projection optical system. However, in general, when the numerical aperture NA of the projection optical system is made larger, the projection optical system becomes larger or more complicated, leading to an increase in the cost of the exposure apparatus. The cost of the exposure light source with a small wavelength [lambda] becomes high. When an exposure light source having a small wavelength? Is used, the absorption and birefringence of the glass material are large, so that there is a problem that the efficiency is reduced and the desired image performance cannot be obtained.

광원 파장이나 투영 광학계의 개구수 NA를 변경하지 않고 해상도 R를 작게 하는 수단으로서, 프로세스 계수 k1를 작게 하는 RET(Resolution Enhancement Technology)로 불리는 방법이 있다. 예를 들면, 그 기술의 하나로서, 노광 광학계의 광학 특성에 따라 레티클에 보조 패턴이나 선폭의 오프셋(offset)을 주는 방법이 있다.As a means for reducing the resolution R without changing the light source wavelength or the numerical aperture NA of the projection optical system, there is a method called RET (Resolution Enhancement Technology) for reducing the process coefficient k1. For example, one of the techniques is a method of giving an auxiliary pattern or an offset of a line width to a reticle according to the optical characteristics of an exposure optical system.

이러한 레티클의 최적화와 동등 이상의 효과를 얻는 수단으로서, 피조사면과 실질적으로 푸리에 변환의 관계가 되는 동공면의 광강도 분포를, 레티클 패턴에 따라 최적화하는 수단이 있다. 이것은 일반적으로 오프 엑시스(off-axis) 조명법으로 불린다. 피조사면과 실질적으로 푸리에 변환의 관계가 되는 동공면 및 그 동공면의 공역면에 있어서의 광강도 분포는, 일반적으로 유효 광원으로 불리고 있다.As a means for obtaining an effect equal to or higher than the optimization of such a reticle, there is a means for optimizing the light intensity distribution of the pupil plane which is substantially related to the Fourier transform with the irradiated surface according to the reticle pattern. This is commonly called off-axis illumination. The light intensity distribution in the pupil plane and the conjugate plane of the pupil plane which are substantially related to the Fourier transform with the irradiated plane is generally called an effective light source.

오프 엑시스 조명으로서는, 환형 조명이나 다중극 조명이 가장 일반적이다. 유효 광원은, 도 8에 나타낸 바와 같이 "외부 σ", "내부 σ", 또는 "개구각"이라고 하는 조명 파라미터로 표현되는 경우가 많다. 여기서, "외부 σ"은 유효 광원의 외경에, "내부 σ"은 유효 광원의 내경에 각각 대응한다. 또, "개구각"은 광축 상의 점을 정점으로 한 조사부(개구부)가 이루는 각도이다.As off-axis illumination, annular illumination and multipole illumination are the most common. The effective light source is often represented by an illumination parameter called "external σ", "internal σ", or "opening angle" as shown in FIG. Here, "external σ" corresponds to the outer diameter of the effective light source, and "internal σ" corresponds to the inner diameter of the effective light source, respectively. In addition, an "opening angle" is an angle formed by an irradiation section (opening section) with a point on the optical axis as a vertex.

"윤대율(輪帶率)"이라고 불리는 파라미터도 자주 이용된다. 이것은 내부σ과 외부σ과의 비율이며, 내부σ/외부σ로서 정의된다. 최적의 윤대율은 레티클 패턴에 따라 다르다. 이 때문에, 노광장치는 윤대율을 조정할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.A parameter called "rotation rate" is also often used. This is the ratio between the internal σ and the external σ, and is defined as internal σ / external σ. The optimal leap ratio depends on the reticle pattern. For this reason, it is preferable to comprise an exposure apparatus so that a ring ratio can be adjusted.

윤대율을 조정하는 방법으로서, 예를 들면 일본국 공개특허공보 특개평 5-21312호는, 동공면의 근방에 윤대(輪帶) 형상의 조리개(stop)를 배치하는 방법을 개시하고 있다.As a method of adjusting the circumference ratio, for example, Japanese Patent Laid-Open No. Hei 5-21312 discloses a method of arranging a stop having a circumferential shape in the vicinity of the pupil plane.

윤대율을 조정하는 다른 방법으로서, 일본국 공개특허공보 특개평 5-251308호는, 원추형의 굴절면을 갖는 프리즘을 이용하는 방법을 개시하고 있다. 본 문헌에는, 오목 프리즘과 볼록 프리즘 간의 간격을 조정하는 것으로, 윤대율을 1/3에서 2/3의 범위에서 설정할 수 있도록 장치를 구성하는 것이 바람직하다는 기재가 있다.As another method of adjusting the ring ratio, Japanese Laid-Open Patent Publication No. Hei 5-251308 discloses a method of using a prism having a conical refractive surface. In this document, there is a description that it is preferable to configure the apparatus so that the interval between the concave prism and the convex prism can be set so as to set the rolling ratio in the range of 1/3 to 2/3.

또한, 윤대율을 조정하는 또 다른 방법으로서, 일본국 공개특허공보 특개 2001-35777호는 초점 거리 가변 광학계, 원추 프리즘, 간격 조정 가능한 아시콘(axicon), 및 줌 렌즈를 설치하는 방법을 개시하고 있다.In addition, as another method of adjusting the rotation ratio, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2001-35777 discloses a method of installing a focal length variable optical system, a conical prism, an adjustable axicon, and a zoom lens. have.

일본국 공개특허공보 특개평 5-21312호에 개시되어 있는 것과 같이, 동공면 근방에 윤대 형상의 조리개를 배치하는 방법은, 광속을 차광하기 위해서 노광에 이용되는 빛의 효율이 저하한다고 하는 문제가 있었다. 또, 연속적으로 윤대율을 조정할 수가 없다고 하는 또 다른 문제가 있었다.As disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. Hei 5-21312, the method of arranging a ring-shaped diaphragm in the vicinity of the pupil plane has a problem that the efficiency of light used for exposure is reduced in order to shield the light beam. there was. Moreover, there was another problem that it was not possible to continuously adjust the rotation rate.

일본국 공개특허공보 특개평 5-251308호에 개시되어 있는 것과 같이, 단순하게 오목 프리즘과 볼록 프리즘의 간격을 조정하는 방법에서는, 예를 들면 윤대율 의 가변 범위를 1/2 이하에서 3/4이상까지 달성하는 것은 곤란했다. 이 방법에서는, 윤대율의 가변 범위를 크게 하기 위해서, 프리즘의 경사각을 크게 하거나, 프리즘의 이동거리를 크게 할 필요가 있다. 그러나, 프리즘의 경사각을 크게 하면, 빛의 반사나 산란의 영향으로 빛의 투과율이 작아져, 충분한 효율을 얻을 수 없다. 또, 프리즘의 이동거리를 크게 하면, 장치의 대형화를 부른다.As disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. Hei 5-251308, in the method of simply adjusting the interval between the concave prism and the convex prism, for example, the variable range of the rotator ratio is 1/2 or less to 3/4. It was difficult to achieve to the above. In this method, it is necessary to increase the inclination angle of the prism or increase the moving distance of the prism in order to increase the variable range of the rotational ratio. However, when the inclination angle of the prism is increased, the light transmittance is reduced due to the reflection of light or scattering, and sufficient efficiency cannot be obtained. In addition, when the moving distance of the prism is increased, the size of the apparatus is increased.

일본국 공개특허공보 특개평 2001-35777호에 개시되어 있는 것과 같은 방법에서도, 광로 중에 다수의 광학소자를 배치할 필요가 있다. 따라서, 장치가 대형화된다.In the same method as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-35777, it is necessary to arrange a large number of optical elements in an optical path. Therefore, the apparatus is enlarged.

이와 같이, 종래 기술에서는, 윤대율을 넓은 범위에서 연속적으로 조정하려고 하면, 효율의 저하를 일으키거나 장치가 대형화한다고 하는 문제가 있었다.As described above, in the prior art, when the scaling ratio is continuously adjusted in a wide range, there is a problem that the efficiency is reduced or the apparatus is enlarged.

본 발명은, 광범위에서 연속적으로 윤대율의 조정이 가능한 조명 광학장치를 제공한다. 또, 본 발명은, 장치의 대형화와 광원으로부터의 빛의 이용 효율의 저하를 억제하면서, 윤대율을 조정할 수 있는 조명 광학장치를 제공한다.The present invention provides an illumination optical device capable of continuously adjusting the rotation ratio in a wide range. Moreover, this invention provides the illumination optical apparatus which can adjust a rotation ratio, suppressing the enlargement of an apparatus and the fall of the utilization efficiency of the light from a light source.

본 발명의 일 국면으로서의 조명광학장치는, 광원으로부터의 광속을 피조사면에 조사하도록 구성된 조명 광학장치이다. 이 조명광학장치는 복수의 프리즘을 갖는 제 1의 프리즘군과, 복수의 프리즘을 갖는 제 2의 프리즘군과, 상기 제 1의 프리즘군과 상기 제 2의 프리즘군을 전환하여 상기 제 1의 프리즘군과 상기 제 2의 프리즘군 중의 하나를 광로 중에 배치하는 것이 가능한 프리즘군 스위치를 구비한다. 상기 광로 중에 배치된 상기 제 1 및 제 2의 프리즘군 중 하나에 포함된 복수 의 프리즘의 적어도 1개를 광축 방향으로 이동시키는 것으로, 상기 제 1 및 제 2의 프리즘군 중 하나로부터 사출되는 광속의 윤대율을 변화시키고, 상기 제 1의 프리즘군으로부터 사출되는 광속의 윤대율의 상한값은, 상기 제 2의 프리즘군으로부터 사출되는 광속의 윤대율의 하한값 이상이며, 상기 제 2의 프리즘군으로부터 사출되는 광속의 윤대율의 상한값보다 작다.An illumination optical device as one aspect of the present invention is an illumination optical device configured to irradiate a light beam from a light source onto an irradiated surface. The illumination optical device switches between the first prism group having a plurality of prisms, the second prism group having a plurality of prisms, the first prism group and the second prism group, and the first prism. The prism group switch which can arrange | position one of a group and said 2nd prism group in an optical path is provided. By moving at least one of the plurality of prisms included in one of the first and second prism groups disposed in the optical path in the optical axis direction, the luminous flux emitted from one of the first and second prism groups The upper limit of the rotational ratio of the luminous flux emitted from the first prism group by varying the annular magnification is greater than or equal to the lower limit of the rotational ratio of the luminous flux emitted from the second prism group, and is emitted from the second prism group. It is smaller than the upper limit of the rotational ratio of the luminous flux.

본 발명의 또 다른 국명으로서의 조명광학장치는, 광원으로부터의 광속을 피조사면에 조사하도록 구성된 조명 광학장치이다. 이 조명광학장치는, 복수의 프리즘을 갖는 제 1의 프리즘군과, 복수의 프리즘을 갖는 제 2의 프리즘군을 구비한다. 상기 제 1 및 제 2의 프리즘군 중 하나의 프리즘군은, 경사면이 서로 마주보도록 배치된 제 1의 오목 프리즘 및 제 1의 볼록 프리즘을 포함하고, 상기 제 1의 오목 프리즘과 상기 제 1의 볼록 프리즘을 조합함으로써 실질적으로 평면판의 형성을 갖고, 상기 제 1 및 제 2의 프리즘군의 다른 하나의 프리즘군은, 상기 광속의 광로 중에 착탈 가능하다. 상기 제 1 및 상기 제 2의 프리즘군 중 하나의 프리즘군에 포함된 복수의 프리즘의 적어도 1개를 광축 방향으로 이동시킴으로써 상기 제 1 및 상기 제 2의 프리즘군 중의 하나의 프리즘군으로부터 사출되는 광속의 윤대율을 변화시키고, 상기 제 1의 프리즘군으로부터 사출되는 광속의 윤대율의 상한값은, 상기 제 2의 프리즘군으로부터 사출되는 광속의 윤대율의 하한값 이상이며, 상기 제 2의 프리즘군으로부터 사출되는 광속의 윤대율의 상한값보다 작다.An illumination optical device according to still another aspect of the present invention is an illumination optical device configured to irradiate an irradiated surface with a light beam from a light source. The illumination optical device includes a first prism group having a plurality of prisms and a second prism group having a plurality of prisms. The prism group of one of the first and second prism groups includes a first concave prism and a first convex prism disposed so that the inclined surfaces face each other, and the first concave prism and the first convex prism. By combining a prism, it has substantially the formation of a flat plate, and the other prism group of the said 1st and 2nd prism group is removable in the optical path of the said light beam. Luminous flux emitted from one prism group of the first and second prism groups by moving at least one of the plurality of prisms included in one prism group of the first and second prism groups in the optical axis direction The upper limit value of the rotation rate of the luminous flux emitted from the first prism group is changed by changing the rotation rate of the first prism group, and is equal to or more than the lower limit of the rotational ratio of the luminous flux emitted from the second prism group, and is emitted from the second prism group. It is smaller than the upper limit of the rotation rate of the luminous flux.

본 발명의 새로운 목적 또는 특징은, 이하의 도면을 참조해 설명되는 바람직한 실시 예에 의해 밝혀질 것이다.New objects or features of the present invention will be apparent from the preferred embodiments described below with reference to the drawings.

이하, 본 발명의 실시 예에 대해서 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 2는, 본 발명의 하나의 실시 예에 있어서의 조명 광학장치를 갖는 노광장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 조명 광학장치는, 후술의 릴레이(relay) 광학계(2)로부터 콘덴서 광학계(11)까지의 광학부재를 포함하고 있다. 그렇지만, 이 조명 광학장치는 이러한 구성에 한정되지 않는다.FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration of an exposure apparatus having an illumination optical device in one embodiment of the present invention. The illumination optical apparatus includes the optical member from the relay optical system 2 to the condenser optical system 11 described later. However, this illumination optics is not limited to this configuration.

광원(1)은, 예를 들면 파장이 약 193nm의 ArF 레이저나 파장이 약 248nm의 KrF 레이저이다. 다만, 본 발명은 광원의 종류, 파장, 또는 개수에 한정되는 것은 아니다. 광원은 레이저에 한정하지 않는다. 수은 램프 등의 비레이저 광원을 채용해도 괜찮다.The light source 1 is, for example, an ArF laser having a wavelength of about 193 nm or a KrF laser having a wavelength of about 248 nm. However, the present invention is not limited to the type, wavelength, or number of light sources. The light source is not limited to laser. You may employ | adopt non-laser light sources, such as a mercury lamp.

릴레이 광학계(2)는, 광원(1)으로부터의 광속을 확대 또는 축소하고, 대략 평행광의 상태로 빔 성형 광학계(3)에 광속을 도입한다.The relay optical system 2 enlarges or reduces the luminous flux from the light source 1 and introduces the luminous flux into the beam shaping optical system 3 in a state of substantially parallel light.

빔 성형 광학계(3)는, 복수의 광학소자, 줌 광학계 등으로 구성되어 있다. 빔 성형 광학계(3)는, 후단의 옵티컬 인티그레이터(4)에 입사하는 광속의 강도 분포 및 각도 분포가 소망한 분포가 되도록 컨트롤하고 있다. 빔 성형 광학계(3)의 상세한 기능에 대해서는 후에 설명한다.The beam shaping optical system 3 is composed of a plurality of optical elements, a zoom optical system, and the like. The beam shaping optical system 3 controls so that the intensity distribution and the angular distribution of the light beam incident on the optical integrator 4 at the rear end become a desired distribution. The detailed function of the beam shaping optical system 3 will be described later.

옵티컬 인티그레이터(4)는, 예를 들면, 복수의 굴절 광학소자, 반사 광학소자, 또는 프레넬(Fresnel) 렌즈와 같은 회절 광학소자를 2차원적으로 배치한 마이크로 렌즈 어레이이다. 또, 옵티컬 인티그레이터(4)는, 소망한 패턴을 얻을 수 있도록 설계된 계산기 홀로그램(CGH:Computer Generated Hologram)이어도 괜찮다. 옵티컬 인티그레이터(4)로부터 사출한 광속은, 콘덴서 광학계(6)에 의해 집광되고, 주행 시야 조리개(8)가 위치하는 면을 중첩적으로 조명한다.The optical integrator 4 is, for example, a micro lens array in which a plurality of refractive optical elements, reflective optical elements, or diffractive optical elements such as Fresnel lenses are two-dimensionally arranged. In addition, the optical integrator 4 may be a computer hologram (CGH: Computer Generated Hologram) designed to obtain a desired pattern. The light beam emitted from the optical integrator 4 is condensed by the condenser optical system 6, and illuminates the surface on which the traveling field stop 8 is located in an overlapping manner.

차광 부재(5)는, 옵티컬 인티그레이터(4)의 사출면 근방에 배치된다. 차광 부재(5)가 위치하는 면은, 투영 광학계(14)의 동공면과 공역 관계에 있고, 차광 부재(5)의 형상에 따라 여러 가지의 오프 엑시스(off-axis) 조명을 형성할 수가 있다.The light blocking member 5 is disposed near the exit surface of the optical integrator 4. The surface where the light shielding member 5 is located is in an air space relation with the pupil plane of the projection optical system 14, and various off-axis illuminations can be formed according to the shape of the light shielding member 5. .

도 3을 참조하면, 차광 부재(5)의 구체적인 전환 기구의 일례를 설명한다. 차광 부재(5)는, 원형의 기판(500) 위에, 각각 형상이 다른 복수의 조리개가 배치됨으로써 형성된다. 기판(500)은, 조리개 501, 502, 503 중의 하나가 광로 내에 위치하도록, 점 O를 회전의 중심으로서 회전 가능하도록 구성되어 있다.Referring to FIG. 3, an example of a specific switching mechanism of the light blocking member 5 will be described. The light blocking member 5 is formed by arranging a plurality of diaphragms having different shapes on the circular substrate 500. The board | substrate 500 is comprised so that the point O can rotate as a center of rotation so that one of the apertures 501, 502, 503 may be located in an optical path.

조리개 501은 통상의 개구 조리개이다. 조리개 502는 다이폴(dipole) 조명용의 조리개이며, 컨벤셔널(conventional) 조명, 윤대 조명 등으로부터 광속을 자르는 것으로, 다이폴 조명을 형성하는 것이 가능해진다. 조리개 503은 사중극 조명용의 조리개이며, 컨벤셔널 조명, 윤대 조명 등으로부터 광속을 자르는 것으로, 사중극 조명을 형성하는 것이 가능해진다.The stop 501 is a normal aperture stop. The iris 502 is an iris for dipole lighting. The iris can be formed by cutting a beam of light from conventional lighting, circular lighting, and the like. Aperture 503 is an aperture for quadrupole illumination, and it is possible to form quadrupole illumination by cutting a beam of light from conventional illumination, circular illumination, and the like.

감광 부재(7)는, 예를 들면 농도 필터나 금속 블레이드(blade)이다. 감광 부재(7)의 이동 또는 회전을 제어하는 것에 의해, 피조사면에 도달하는 광강도 분포를 조정하는 것이 가능하게 된다.The photosensitive member 7 is, for example, a concentration filter or a metal blade. By controlling the movement or rotation of the photosensitive member 7, it is possible to adjust the light intensity distribution reaching the irradiated surface.

주행 시야 조리개(8)는 레티클(12)(원판)이 위치하는 피조사면과 공역인 위치에 배치된다. 주행 시야 조리개(8)는 복수의 가동 차광판을 포함하고, 임의로 개 구 형상을 제어하는 것에 의해, 피조사면의 조명 범위를 규제하고 있다.The traveling visual field stop 8 is arrange | positioned in the position conjugated with the to-be-irradiated surface in which the reticle 12 (original plate) is located. The traveling field stop 8 includes a plurality of movable light shielding plates, and regulates the illumination range of the irradiated surface by arbitrarily controlling the opening shape.

주행 시야 조리개(8)를 통과한 광속은, 콘덴서 광학계(9), 미러(10), 및 콘덴서 광학계(11)에 의해, 피조사면에 도입된다.The luminous flux that has passed through the traveling visual field stop 8 is introduced into the irradiated surface by the condenser optical system 9, the mirror 10, and the condenser optical system 11.

레티클(12)은 레티클 스테이지(13)에 의해 홀드되어 있다. 피조사면에 배치된 레티클(12)에 묘화된 패턴은, 투영 광학계(14)에 의해 노광면에 위치하는 웨이퍼(15)에 전사된다.The reticle 12 is held by the reticle stage 13. The pattern drawn on the reticle 12 arranged on the irradiated surface is transferred to the wafer 15 located on the exposure surface by the projection optical system 14.

웨이퍼 스테이지(16)는 웨이퍼(15)를 홀드하고 있고, 광축 방향 및 광축과 직교하는 평면을 따라 2차원적으로 움직이도록 제어되고 있다.The wafer stage 16 holds the wafer 15 and is controlled to move in two dimensions along the optical axis direction and a plane orthogonal to the optical axis.

스캔형의 노광 방법에서는, 레티클(12)과 웨이퍼(15)가 도 2의 화살표 방향(좌우 방향)으로 동기하면서 주사 노광을 행한다. 투영 광학계(14)의 축소 배율이 1/β인 경우에는, 웨이퍼 스테이지(16)의 주사 속도가 V일 때, 레티클 스테이지(13)의 주사 속도는 βV이다.In the scanning exposure method, the scanning exposure is performed while the reticle 12 and the wafer 15 are synchronized in the arrow direction (left and right directions) in FIG. 2. When the reduction magnification of the projection optical system 14 is 1 / β, when the scanning speed of the wafer stage 16 is V, the scanning speed of the reticle stage 13 is βV.

(실시 예 1)(Example 1)

다음에, 도 1을 참조해서 실시 예 1에 있어서의 빔 성형 광학계(3)의 구성을 상세히 설명한다.Next, with reference to FIG. 1, the structure of the beam shaping optical system 3 in Example 1 is demonstrated in detail.

릴레이 광학계(2)로부터 빔 성형 광학계(3)에 도입된 광속은, 회절 광학소자(301)에 입사한다. 회절 광학소자(301)는, 예를 들면 소망한 패턴을 얻을 수 있도록 설계된 계산기 홀로그램이다.The light beam introduced into the beam shaping optical system 3 from the relay optical system 2 is incident on the diffractive optical element 301. The diffractive optical element 301 is, for example, a calculator hologram designed to obtain a desired pattern.

회절 광학소자(301)로부터 사출되는 광속은, 콘덴서 광학계(303)에 의해 집광되고, 푸리에 변환면(304)에 원형의 패턴을 형성한다.The light beam emitted from the diffractive optical element 301 is collected by the condenser optical system 303, and forms a circular pattern on the Fourier transform surface 304.

푸리에 변환면(304)을 통과한 광속은, 원추 오목 프리즘 305a( 제 1의 오목 프리즘)과 원추 볼록 프리즘 306a(제 1의 볼록 프리즘)의 순으로 입사한다.The light beam passing through the Fourier transform surface 304 is incident in the order of conical concave prism 305a (first concave prism) and conical convex prism 306a (first convex prism).

원추 오목 프리즘 305a 및 원추 볼록 프리즘 306a으로 이루어지는 제 1의 프리즘군은, 원추 오목 프리즘 305b(제 2의 오목 프리즘) 및 원추 볼록 프리즘 306b( 제 2의 볼록 프리즘)로 이루어지는 제 2의 프리즘군으로 전환되도록 구성되어 있다. 이 프리즘군을 전환하는 것은, 프리즘군 스위치(308)에 의해 행해진다. 이와 같이, 프리즘군 스위치(308)는, 이 제 1 및 제 2의 프리즘군의 하나를 광로 중에 위치시키도록 제 1의 프리즘군과 제 2의 프리즘군을 전환한다.The first prism group consisting of the conical concave prism 305a and the convex convex prism 306a is converted to the second prism group consisting of the conical concave prism 305b (second concave prism) and the conical convex prism 306b (second convex prism). It is configured to be. The switching of the prism group is performed by the prism group switch 308. In this way, the prism group switch 308 switches the first prism group and the second prism group so as to position one of the first and second prism groups in the optical path.

원추 오목 프리즘 305a, 305b와 원추 볼록 프리즘 306a, 306b는, 서로 상보적인 굴절 작용을 가지고 있다. 이 때문에, 광축과 평행한 광선이 원추 오목 프리즘 305a, 305b에 입사했을 경우, 광선은 원추 오목 프리즘 305a, 305b 및 원추 볼록 프리즘 306a, 306b로 굴절된 후, 광축과 평행하게 원추 볼록 프리즘 306a, 306b로부터 사출된다.The conical concave prisms 305a and 305b and the conical convex prisms 306a and 306b have complementary refraction effects. For this reason, when light rays parallel to the optical axis are incident on the conical concave prisms 305a and 305b, the light rays are refracted by the concave concave prisms 305a and 305b and conical convex prisms 306a and 306b and then conical convex prisms 306a and 306b parallel to the optical axis. Is injected from.

프리즘 이동 수단(309)은, 프리즘군 스위치(308)에 의해 광로 중에 도입된 제 1의 프리즘군 및 제 2의 프리즘군으로부터 선택된 프리즘군 중 어느 하나를 구성하는 오목 프리즘 및 볼록 프리즘의 적어도 하나를 이동시킨다. 이 때문에, 원추 오목 프리즘 305a, 305b와 원추 볼록 프리즘 306a, 306b의 적어도 하나는, 광축 방향으로 이동 가능하도록 구성되어 있다. 이와 같이, 프리즘 이동 수단(309)을 이용해 원추 오목 프리즘 305a, 305b와 원추 볼록 프리즘 306a, 306b의 상대적인 위치를 바꾸는 것으로, 프리즘군으로부터 사출되는 광속의 윤대율을 조정할 수가 있다.The prism moving means 309 includes at least one of a concave prism and a convex prism constituting any one of a prism group selected from the first prism group and the second prism group introduced into the optical path by the prism group switch 308. Move it. For this reason, at least one of the conical concave prisms 305a and 305b and the convex convex prisms 306a and 306b is configured to be movable in the optical axis direction. Thus, by changing the relative positions of the conical concave prisms 305a and 305b and the conical convex prisms 306a and 306b by using the prism moving means 309, the rotation rate of the light beam emitted from the prism group can be adjusted.

프리즘군으로부터 사출된 광속은, 줌 광학계(307)에 의해, 대략 유사 형상을 유지하면서 확대 또는 축소되고, 빔 성형 광학계(3)로부터 옵티컬 인티그레이터(4)에 도입된다. 이 때문에, 줌 광학계(307)로부터 사출되는 광속의 윤대율은, 줌 광학계(307)에 입사하는 광속의 윤대율과 대략 동일하다.The light beam emitted from the prism group is enlarged or reduced while maintaining the substantially similar shape by the zoom optical system 307, and is introduced into the optical integrator 4 from the beam shaping optical system 3. For this reason, the rotation rate of the light beam emitted from the zoom optical system 307 is approximately equal to the rotation rate of the light beam incident on the zoom optical system 307.

원추 오목 프리즘 305a, 305b 및 원추 볼록 프리즘 306a, 306b는, 소정의 각도로 경사진 경사면을 갖는다. 원추 오목 프리즘 305a와 원추 볼록 프리즘 306a의 경사 각도는 대략 서로 동일하고, 이들 프리즘의 각각은 경사 각도 α를 가지고 있다. 마찬가지로, 원추 오목 프리즘 305b와 원추 볼록 프리즘 306b의 경사 각도도 서로 대략 동일하고, 프리즘의 각각은 경사 각도 β를 가지고 있다.Conical concave prisms 305a and 305b and conical convex prisms 306a and 306b have an inclined surface that is inclined at a predetermined angle. The inclination angles of the conical concave prism 305a and the convex convex prism 306a are approximately equal to each other, and each of these prisms has an inclination angle α. Similarly, the inclination angles of the conical concave prism 305b and the convex convex prism 306b are also substantially the same, and each of the prisms has an inclination angle β.

원추 오목 프리즘 305a와 원추 볼록 프리즘 306a의 경사각도 α는, 원추 오목 프리즘 305b와 원추 볼록 프리즘 306b의 경사각도 β보다 작게 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 원추 오목 프리즘 305a와 원추 볼록 프리즘 306a의 굴절 작용은, 원추 오목 프리즘 305b와 원추 볼록 프리즘 306b의 굴절 작용보다 작다.It is preferable that the inclination angle α of the conical concave prism 305a and the convex convex prism 306a is smaller than the inclination angle β of the conical concave prism 305b and the conical convex prism 306b. In this case, the refractive action of the conical concave prism 305a and the conical convex prism 306a is smaller than that of the conical concave prism 305b and the conical convex prism 306b.

원추 오목 프리즘 305a와 원추 볼록 프리즘 306a는, 굴절 작용을 갖는 경사면이 서로 마주 보도록 배치되어 있다. 한편, 원추 오목 프리즘 305b와 원추 볼록 프리즘 306b는, 굴절 작용을 갖는 경사면이 서로 반대방향으로 향하도록 배치되어 있다.The conical concave prism 305a and the conical convex prism 306a are arranged so that the inclined surfaces having the refractive action face each other. On the other hand, the concave concave prism 305b and the convex convex prism 306b are arranged so that the inclined surfaces having the refractive action are directed in opposite directions to each other.

다음에, 원추 오목 프리즘 305a 및 원추 볼록 프리즘 306a에 의해 조정할 수 있는 윤대율의 범위와 원추 오목 프리즘 305b 및 원추 볼록 프리즘 306b에 의해 조정할 수 있는 윤대율의 범위와의 차를, 도 5 및 도 6을 참조해서 설명한다.Next, the difference between the range of the roundness that can be adjusted by the conical concave prism 305a and the convex prism 306a and the range of the roundness that can be adjusted by the conical concave prism 305b and the conical convex prism 306b are shown in FIGS. 5 and 6. This will be described with reference to.

도 5a 및 5b는, 원추 오목 프리즘 305a 및 원추 볼록 프리즘 306a에 의해 조정 가능한 윤대율의 범위를 개략적으로 나타낸 도면이다.5A and 5B are diagrams schematically showing the range of the circumferential ratio that can be adjusted by the conical concave prism 305a and the conical convex prism 306a.

제 1의 프리즘군을 구성하는 원추 오목 프리즘 305a 및 원추 볼록 프리즘 306a의 경사면은, 서로 마주보도록 배치되어 있다. 원추 오목 프리즘 305a 및 원추 볼록 프리즘 306a가 조합된 경우, 즉 양 프리즘 간의 간격을 제로로 했을 경우, 도 5a에 나타낸 바와 같이, 제 1의 프리즘군(원추 오목 프리즘 305a 및 원추 볼록 프리즘 306a)은 평면판을 형성한다. 실제로는, 프리즘의 간섭을 피해야 하기 때문에, 양 프리즘 간의 간격을 제로로 조절하는 것은 어렵다. 그렇지만, 양 프리즘 간의 간격이 유한의 작은 값이면, 실질적으로 제 1의 프리즘군을 평면판으로서 간주할 수가 있다. 이 경우, 제 1의 프리즘군의 광학 작용은 실질적으로 평면판과 동일해진다. 예를 들면, 도 5a의 좌측에 나타낸 원형의 광속(입사 광속)을 제 1의 프리즘군에 입사시키면, 도 5a의 우측에 나타낸 바와 같이, 입사한 광속과 같은 원형의 광속(사출 광속)이 사출된다.The inclined surfaces of the conical concave prism 305a and the conical convex prism 306a constituting the first prism group are arranged to face each other. When the conical concave prism 305a and the convex prism 306a are combined, i.e., when the distance between both prisms is zero, as shown in Fig. 5A, the first group of prisms (conical concave prism 305a and convex prism 306a) is planar. Form the plate. In practice, it is difficult to adjust the spacing between both prisms to zero because interference of the prism must be avoided. However, if the spacing between both prisms is a finite small value, the first group of prisms can be regarded as substantially flat plates. In this case, the optical action of the first group of prisms is substantially the same as that of the flat plate. For example, when the circular luminous flux (incident light flux) shown on the left side of FIG. 5A is incident on the first prism group, as shown on the right side of FIG. 5A, the circular luminous flux (injection light flux) same as the incident luminous flux is emitted. do.

도 5b에 나타낸 바와 같이, 제 1의 프리즘군을 구성하는 원추 오목 프리즘 305a 및 원추 볼록 프리즘 306a의 간격을 넓게 변경하면, 윤대 형상의 사출 광속을 얻을 수 있다. 원추 오목 프리즘 305a와 원추 볼록 프리즘 306a와의 간격을 넓게 변경하고, 도 5b의 좌측에 나타낸 원형의 광속(입사 광속)을 제 1의 프리즘군에 입사시키면, 도 5b의 우측에 나타낸 것과 같은 윤대 형상의 광속(사출 광속)이 사출면에 형성된다. 이와 같이, 원추 오목 프리즘 305a와 원추 볼록 프리즘 306a 간의 상대적 거리가 커짐에 따라, 제 1의 프리즘군으로부터 사출되는 광속의 윤대율이 커진다.As shown in FIG. 5B, when the space | interval of the conical concave prism 305a and conical convex prism 306a which comprise a 1st prism group is changed widely, a ring-shaped injection light beam can be obtained. When the distance between the conical concave prism 305a and the convex convex prism 306a is changed widely, and the circular beam (incident light beam) shown on the left side of FIG. 5B is incident on the first prism group, a circular-shaped shape as shown on the right side of FIG. 5B is obtained. A luminous flux (injection luminous flux) is formed on the exit surface. In this manner, as the relative distance between the conical concave prism 305a and the convex convex prism 306a increases, the rotation rate of the light beam emitted from the first prism group increases.

도 5a 및 5b에 나타낸 바와 같이, 원추 오목 프리즘 305a와 원추 볼록 프리즘 306a의 경사면을 서로 마주보게 배치하는 경우, 프리즘의 경사각은 25°이하로 설정되고, 보다 바람직하게는 20°이하로 설정된다. 프리즘의 경사각을 θ, 프리즘의 글래스재 굴절률을 n, 프리즘 경사면의 법선에 대한 광선의 사출 각도를 θ'로 하면, 스넬(Snell)의 법칙을 나타내는 식(2)에 따라, 사출각도 θ'를 계산할 수가 있다.5A and 5B, when the inclined surfaces of the conical concave prism 305a and the convex convex prism 306a are disposed to face each other, the inclination angle of the prism is set to 25 degrees or less, and more preferably 20 degrees or less. If the inclination angle of the prism is θ, the glass material refractive index of the prism is n, and the emission angle of the light ray with respect to the normal of the prism inclined plane is θ ', the ejection angle θ' is obtained according to equation (2) representing Snell's law. Can be calculated

sinθ' = n·sinθ  (2)sinθ '= nsinθ (2)

일반적으로, 글래스재 굴절률 n는 1.5 정도이다. 이 때문에, 프리즘의 경사각 θ이 25°일 때, 광선의 사출각도는 39.34°, 프리즘의 경사각 θ이 20°일 때, 광선의 사출각도는 30.87°이 된다. 광선의 입사각도 및 사출 각도가 크면, 반사 및 산란되는 빛의 양이 많아지고, 효율도 저하한다. 그 결과, 소망한 광강도 분포를 얻을 수 없게 된다.Generally, the glass material refractive index n is about 1.5. For this reason, when the inclination angle θ of the prism is 25 °, the emission angle of the light beam is 39.34 °, and when the inclination angle θ of the prism is 20 °, the light emission angle of the light beam is 30.87 °. If the incident angle and the exit angle of the light beam are large, the amount of reflected and scattered light increases, and the efficiency also decreases. As a result, the desired light intensity distribution cannot be obtained.

프리즘의 경사각 θ이 매우 작은 경우, 윤대율이 큰 가는 윤대 형상의 광속을 형성하려면, 원추 오목 프리즘 305a와 원추 볼록 프리즘 306a 간의 간격을 넓게 해야 한다. 그러나, 이 경우에는, 장치가 대형화된다.When the inclination angle θ of the prism is very small, the distance between the conical concave prism 305a and the convex convex prism 306a must be widened to form a thin annular beam having a large annular ratio. In this case, however, the apparatus is enlarged.

윤대율의 큰 가는 윤대 형상의 광속을 형성하기 위한 또 다른 방법으로서, 작은 원형의 광속을 입사하는 방법도 있다. 그러나 이 경우, 빛의 에너지 밀도가 높아져, 광학계의 소모가 커진다.As another method for forming a large, thin, annular light beam having a circular ratio, there is also a method of injecting a small circular light beam. In this case, however, the energy density of the light is increased, which increases the consumption of the optical system.

프리즘의 중심에서는, 프리즘을 가공하는 것이 어려운 불안정한 영역이 있 다. 도 5a 및 5b에 있어서는, 개략적으로, 이상적인 원추 형상의 프리즘을 나타낸다. 그러나, 실제로는, 정점 부분에는 둥그스름하고, 우묵하고, 반투명한 등의 불안정 영역이 있다. 작은 원형의 광속을 입사시키면, 이 불안정한 영역을 통과하는 빛이 차지하는 비율이 많아진다. 이 때문에, 효율이 저하해서, 소망한 광강도 분포를 얻을 수 없게 된다.At the center of the prism, there is an unstable area where it is difficult to machine the prism. 5A and 5B schematically show an ideal conical prism. However, in reality, there are unstable areas such as rounded, recessed, translucent and so on in the vertex portion. When a small circular light beam is incident, the proportion of light passing through this unstable region is increased. For this reason, efficiency falls and a desired light intensity distribution cannot be obtained.

상술한 것처럼, 도 5a 및 5b에 나타낸 구성에 의하면, 효율의 저하와 장치의 대형화를 일으키지 않고, 윤대율을 0에서 2/3이상(제 1의 범위)까지 연속적으로 조정할 수가 있다.As described above, according to the configuration shown in Figs. 5A and 5B, the rolling ratio can be continuously adjusted from 0 to 2/3 or more (first range) without causing a decrease in efficiency and an increase in size of the apparatus.

도 6a 및 6b는, 원추 오목 프리즘 305b 및 원추 볼록 프리즘 306b에 의해 조정 가능한 윤대율의 범위의 일례를 나타낸 것이다.6A and 6B show an example of the range of the rotator ratio that can be adjusted by the conical concave prism 305b and the conical convex prism 306b.

제 2의 프리즘군을 구성하는 원추 오목 프리즘 305b 및 원추 볼록 프리즘 306b의 경사면은, 서로 반대 방향으로 향하도록 배치되어 있다. 이 때문에, 도 6a에 나타낸 바와 같이 양 프리즘 간의 간격을 제로로 하고, 도 6a의 좌측에 나타낸 원형의 광속(입사 광속)을 입사시켰을 경우, 원추 볼록 프리즘 306b로부터 사출되는 사출 광속은, 도 6a의 우측에 나타낸 것과 같은 윤대 형상이 된다. 제 2의 프리즘군을 구성하는 원추 오목 프리즘 305b 및 원추 볼록 프리즘 306b은, 양 프리즘의 경사면을 서로 마주보게 배치하도록 조합되었을 경우, 이들 프리즘은 평면판을 형성하는 관계를 갖는다. 이 점은, 제 1의 프리즘군과 같다.The inclined surfaces of the conical concave prism 305b and the conical convex prism 306b constituting the second prism group are arranged to face in opposite directions to each other. For this reason, as shown in FIG. 6A, when the space | interval between both prisms is set to zero, and the circular beam (incident light beam) shown to the left of FIG. 6A is made to inject, the emitted light beam emitted from the convex convex prism 306b will be the same as that of FIG. 6A. It has a circular belt shape as shown on the right. When the concave concave prism 305b and the convex convex prism 306b constituting the second prism group are combined to arrange the inclined surfaces of both prisms facing each other, these prisms have a relationship to form a flat plate. This point is the same as that of the first prism group.

도 6b에 나타낸 바와 같이, 제 1의 프리즘군을 구성하는 원추 오목 프리즘 305b와 원추 볼록 프리즘 306b 간의 간격을 넓게 변경하면, 한층 더 가는 윤대 형 상의 광속을 얻을 수 있다. 도 6b에 나타낸 양 프리즘 간의 간격은, 도 5b의 프리즘의 간격과 같다. 도 6b에 나타낸 바와 같이, 양 프리즘 간의 간격을 넓게 변경하고, 도 6b의 좌측에 나타낸 원형의 광속(입사 광속)을 입사시켰을 경우, 도 6b의 우측에 나타낸 바와 같이 윤대율이 4/5 이상인 가는 윤대 형상의 광속(사출 광속)이 사출면에 형성된다. 이와 같이, 원추 오목 프리즘 305b와 원추 볼록 프리즘 306b 간의 상대적 거리가 커짐에 따라, 제 2의 프리즘군으로부터 사출되는 광속의 윤대율이 커진다.As shown in FIG. 6B, when the space | interval between the conical concave prism 305b and the conical convex prism 306b which comprise a 1st prism group is changed widely, a further thin annular beam speed can be obtained. The spacing between both prisms shown in FIG. 6B is the same as that of the prism in FIG. 5B. As shown in FIG. 6B, when the interval between both prisms is changed widely and the circular beam (incident light beam) shown on the left side of FIG. 6B is incident, as shown on the right side of FIG. 6B, A annular beam (injection light beam) is formed on the exit surface. In this manner, as the relative distance between the conical concave prism 305b and the convex convex prism 306b increases, the rotation rate of the light beam emitted from the second prism group increases.

도 6a 및 6b에 나타낸 바와 같이, 원추 오목 프리즘 305b와 원추 볼록 프리즘 306b를, 서로의 경사면이 반대방향으로 서로 향하도록 배치하는 경우, 경사면이 서로 마주보도록 배치하는 경우보다, 프리즘의 경사각을 크게 할 수가 있다. 이것은, 프리즘의 경사면을 반대방향으로 배치하면, 프리즘에 대한 평행 광선의 입사각 및 사출각이, 프리즘의 경사각과 일치하기 때문이다. 따라서, 프리즘의 경사면을 반대방향으로 배치하는 경우에는, 프리즘의 경사각을 30°이상으로 해도, 빛을 반사 및 산란하는 양은 비교적 작다.As shown in Figs. 6A and 6B, when the concave concave prism 305b and the convex convex prism 306b are disposed so that the inclined surfaces thereof face each other in opposite directions, the inclination angle of the prism can be made larger than when the inclined surfaces face each other. There is a number. This is because when the inclined surface of the prism is arranged in the opposite direction, the incident angle and the exit angle of the parallel light beam with respect to the prism coincide with the inclined angle of the prism. Therefore, when arranging the inclined surface of the prism in the opposite direction, even if the inclination angle of the prism is 30 degrees or more, the amount of reflecting and scattering light is relatively small.

본 실시 예에서는, 제 1의 프리즘군으로부터 사출되는 광속의 윤대율의 상한값은, 제 2의 프리즘군으로부터 사출되는 광속의 하한값 이상이며, 제 2의 프리즘군으로부터 사출되는 광속의 상한값보다 작다.In this embodiment, the upper limit of the rotational ratio of the luminous flux emitted from the first prism group is greater than or equal to the lower limit of the luminous flux emitted from the second prism group and is smaller than the upper limit of the luminous flux emitted from the second prism group.

이와 같이, 원추 오목 프리즘 305b와 원추 볼록 프리즘 306b 간의 간격을 제로로 했을 때의 윤대율은, 원추 오목 프리즘 305a와 원추 볼록 프리즘 306a 간의 간격을 최대로 했을 때의 윤대율과 같거나 또는 그것보다 작도록 설정하는 것이 바 람직하다. 이것은, 윤대율이 연속적으로 변화하도록 설정되고, 윤대율이 연속적으로 조정될 수 있기 때문이다.As such, the roundness ratio when the distance between the conical concave prism 305b and the conical convex prism 306b is zero is equal to or smaller than the roundness ratio when the gap between the conical concave prism 305a and the convex convex prism 306a is maximized. It is preferable to set it to This is because the rotation rate is set to change continuously, and the rotation rate can be adjusted continuously.

도 6a 및 6b에 나타낸 구성에 의하면, 효율의 저하나 장치의 대형화를 일으키는 일없이, 윤대율을 2/3이하에서 4/5이상(제 2의 범위)까지 연속해서 조정할 수가 있다. 제 2의 범위는 제 1의 범위와 달리, 적어도 제 1의 범위에 포함되는 값보다 큰 값(윤대율)을 포함한다. 따라서, 도 5a 및 5b에 나타낸 프리즘과 조합하는 것으로, 윤대율을 제로로부터 4/5이상까지 광범위하게 조정하는 것이 가능해진다.According to the configuration shown in Figs. 6A and 6B, the scaling ratio can be continuously adjusted from 2/3 or less to 4/5 or more (second range) without causing a decrease in efficiency or enlargement of the apparatus. The second range, unlike the first range, includes a value (rotation rate) that is greater than at least the value included in the first range. Therefore, by combining with the prism shown to FIG. 5A and 5B, it becomes possible to adjust a widening ratio extensively from zero to 4/5 or more.

이와 같이, 본 실시 예에 의하면, 제 1의 범위에서 윤대율을 연속적으로 조정하기 위해서 이용되는 제 1의 프리즘군과 제 2의 범위에서 윤대율을 연속적으로 조정하기 위해서 이용되는 제 2의 프리즘군이 설치되어 있다. 제 1의 프리즘군이 광로 중에 도입되어 있을 때, 제 1의 프리즘군으로부터 사출되는 광속의 윤대율은 프리즘 이동수단(309)에 의해 제 1의 범위에서 연속적으로 조정된다. 제 2의 프리즘군이 광로 중에 도입되어 있을 때는, 제 2의 프리즘군으로부터 사출되는 광속의 윤대율은 프리즘 이동수단(309)에 의해 제 2의 범위에서 연속적으로 조정된다.As described above, according to the present embodiment, the first prism group used to continuously adjust the rotator ratio in the first range and the second prism group used to continuously adjust the rotator ratio in the second range. Is installed. When the first group of prisms is introduced into the optical path, the rotation rate of the light beam emitted from the first group of prisms is continuously adjusted in the first range by the prism moving means 309. When the second group of prisms is introduced into the optical path, the rotational ratio of the light beam emitted from the second group of prisms is continuously adjusted in the second range by the prism moving means 309.

상기 설명에서는, 제 1의 프리즘군과 제 2의 프리즘군은, 프리즘군 스위치에 의해 선택적으로 광로 중에 도입하는 것이 가능하다. 또, 프리즘군 스위치에 의해 전환 및 도입되도록 구성된 다른 광학계를 제공할 수도 있다.In the above description, the first prism group and the second prism group can be selectively introduced into the optical path by the prism group switch. It is also possible to provide another optical system configured to be switched and introduced by a prism group switch.

또한, 본 실시 예는 제 1의 프리즘군(하나의 프리즘군)을 항상 광로 중에 배치하고, 제 2의 프리즘군(다른 하나의 프리즘군)만을 광로 중에 착탈할 수 있도록 구성될 수도 있다. 이 구성에서는, 제 1의 프리즘군에 의해 소망한 윤대율의 빛을 얻는 경우, 제 2의 프리즘군은 광로 외부에 배치된다. 한편, 제 2의 프리즘군에 의해 소망한 윤대율의 빛을 얻은 경우에는, 제 1의 프리즘군은, 제 1의 오목 프리즘과 제 1의 볼록 프리즘을 조합해서 평면판 상태가 되도록 구성된다. 이와 같이 구성하면, 광로 중에 제 1의 프리즘군이 배치되어 있어도, 윤대율이라고 하는 관점에서는, 실질적으로 제 1의 프리즘군이 존재하지 않는 상태가 된다. 이와 같이, 제 2의 프리즘군만을 광로 내부와 광로 외부와의 사이에서 이동시키는 구성을 채용할 수도 있다.In addition, the present embodiment may be configured such that the first prism group (one prism group) is always arranged in the optical path, and only the second prism group (another prism group) can be detached from the optical path. In this configuration, when the first prism group obtains light of a desired round ratio, the second prism group is disposed outside the optical path. On the other hand, when the light of desired rotational ratio is obtained by the 2nd prism group, a 1st prism group is comprised so that it may become a flat plate state combining a 1st concave prism and a 1st convex prism. If comprised in this way, even if the 1st prism group is arrange | positioned in an optical path, it will be in the state which a 1st prism group does not exist substantially from a viewpoint of a rolling ratio. Thus, the structure which moves only a 2nd prism group between the inside of an optical path and the outside of an optical path can also be employ | adopted.

상술한 것처럼, 본 실시 예에 의하면, 고효율로 장치의 대형화를 억제하면서, 윤대율을 적어도 1/2와 4/5와의 사이의 범위에서 연속적으로 조정할 수가 있다.As described above, according to the present embodiment, the scaling ratio can be continuously adjusted in a range between at least 1/2 and 4/5 while suppressing the enlargement of the device with high efficiency.

(실시 예 2)(Example 2)

다음에, 도 9를 참조해서, 실시 예 2에 있어서의 빔 성형 광학계(3)를 상세하게 설명한다. 본 실시 예의 구성에 의하면, 실시 예 1과 비교해서, 윤대율의 조정 범위를 한층 더 넓히는 것이 가능해진다.Next, with reference to FIG. 9, the beam shaping optical system 3 in Example 2 is demonstrated in detail. According to the structure of this embodiment, compared with Example 1, it becomes possible to further widen the adjustment range of a rotation ratio.

본 실시 예에 있어서는, 실시 예 1과 같이, 제 1의 프리즘군과 제 2의 프리즘군은 전환 가능하게 구성되어 있다. 따라서, 선택적으로, 이러한 프리즘군 중 1개가 광로 중에 도입 가능하게 된다.In the present embodiment, like the first embodiment, the first prism group and the second prism group are configured to be switchable. Therefore, optionally, one of these groups of prisms can be introduced into the optical path.

본 실시 예에 있어서는, 터릿(turret; 302)에 복수의 회절 광학소자 301a, 301b가 장착되고, 선택적으로 이러한 회절 광학소자 중 1개가 광로 중에 도입될 수 있다.In this embodiment, a plurality of diffractive optical elements 301a and 301b are mounted on a turret 302, and optionally one of these diffractive optical elements can be introduced into the optical path.

광원(1)으로부터 공급되는 광속은, 복수의 회절 광학소자 301a, 301b 중 어느 1개에 입사한다. 복수의 회절 광학소자 301a, 301b는, 터릿(302)에 장착되어 있고, 광로 중에 선택적으로 도입되도록 회절 광학소자 301a, 301b 중 하나가 구성되어 있다. 회절 광학소자 301a, 301b 중 어느 하나의 선택은, 터릿(302)을 회전시키는 회절 광학소자 선택기(310)에 의해 행해진다. 도 9에서는, 2개의 회절 광학소자 301a, 301b가 나타나 있다. 그렇지만, 회절 광학소자의 개수는 이것에 한정되지 않는다. 3개 이상의 회절 광학소자를 설치할 수도 있다.The light beam supplied from the light source 1 is incident on any one of the plurality of diffractive optical elements 301a and 301b. The plurality of diffractive optical elements 301a and 301b are mounted on the turret 302, and one of the diffractive optical elements 301a and 301b is configured to be selectively introduced into the optical path. The selection of any of the diffractive optical elements 301a and 301b is made by the diffractive optical element selector 310 which rotates the turret 302. In Fig. 9, two diffractive optical elements 301a and 301b are shown. However, the number of diffractive optical elements is not limited to this. Three or more diffractive optical elements may be provided.

회절 광학소자로서 계산기 홀로그램을 이용했을 경우, 콘덴서 광학계(303)를 통해서 계산기 홀로그램의 푸리에 변환면(304)에 각각의 회절 광학소자에 대응하는 임의의 형상의 광강도 분포를 형성할 수가 있다. 푸리에 변환면(304)에 형성되는 패턴은, 예를 들면 원형, 윤대 형상, 다중극 형상 등이다.When the calculator hologram is used as the diffractive optical element, the optical intensity distribution of any shape corresponding to each diffractive optical element can be formed on the Fourier transform surface 304 of the calculator hologram through the condenser optical system 303. The pattern formed on the Fourier transform surface 304 is, for example, circular, annular, multipole or the like.

다음에, 도 4a 및 4b를 참조해서, 회절 광학소자의 구체적인 전환 기구의 일례를 설명한다.Next, an example of a specific switching mechanism of the diffractive optical element will be described with reference to FIGS. 4A and 4B.

도 4a에 나타낸 바와 같이, 터릿(302)에는, 복수의 회절 광학소자 301a, 301b, 301c, 301d가 설치되어 있다. 터릿(302)은, 터릿(302) 위에 설치된 4개의 회절 광학소자 301a, 301b, 301c, 301d 중 하나의 회절 광학소자가 광로 내에 위치하도록, 점 O를 중심으로서 회전 가능하게 구성되어 있다. 터릿(302)의 회전은, 회절 광학소자 선택기(310)에 의해 구동 및 제어된다.As shown in FIG. 4A, the turret 302 is provided with a plurality of diffractive optical elements 301a, 301b, 301c, and 301d. The turret 302 is configured to be rotatable about the point O such that one of the four diffractive optical elements 301a, 301b, 301c, and 301d provided on the turret 302 is located in the optical path. The rotation of the turret 302 is driven and controlled by the diffractive optical element selector 310.

도 4b에 나타낸 바와 같이, 회절 광학소자 301a, 301c는, 푸리에 변환면(304)에 원형의 패턴을 형성한다. 회절 광학소자 301b는, 푸리에 변환면(304)에 윤대 형상의 패턴을 형성한다. 또, 회절 광학소자 301d는, 푸리에 변환면(304)에 사중극의 패턴을 형성한다.As shown in FIG. 4B, the diffractive optical elements 301a and 301c form a circular pattern on the Fourier transform surface 304. The diffractive optical element 301b forms a ring-shaped pattern on the Fourier transform surface 304. The diffractive optical element 301d forms a quadrupole pattern on the Fourier transform surface 304.

다음에, 도 7a 및 7b를 참조해서, 원추 오목 프리즘 305a 및 원추 볼록 프리즘 306a에 윤대 형상의 광속이 입사했을 경우에 있어서의 윤대율의 조정 범위를 설명한다.Next, with reference to FIGS. 7A and 7B, the adjustment range of the annular ratio in the case where the annular light beam enters the conical concave prism 305a and the convex convex prism 306a will be described.

원추 오목 프리즘 305a와 원추 볼록 프리즘 306a의 경사면은, 서로 마주보도록 배치되어 있다. 이 때문에, 도 7a에 나타낸 바와 같이, 양 프리즘 간의 간격을 제로로 했을 경우, 광학 작용이 평면판과 동일해진다. 실제로는, 프리즘의 간섭을 피해야 하기 때문에, 양 프리즘 간의 간격을 제로로 조정하는 것은 어렵다. 그렇지만, 양 프리즘 간의 간격을 유한의 작은 값으로 하면, 실질적으로 제 1의 프리즘군을 평면판으로서 간주할 수가 있다. 이 경우, 도 7a의 우측 및 좌측에 나타낸 바와 같이, 입사 광속과 사출 광속과의 사이에 있어서, 윤대율의 변화는 작다.The inclined surfaces of the conical concave prism 305a and the convex convex prism 306a are arranged to face each other. For this reason, as shown in FIG. 7A, when the space | interval between both prisms is zero, optical action becomes the same as that of a flat plate. In practice, it is difficult to adjust the distance between both prisms to zero because interference of the prism must be avoided. However, by setting the spacing between both prisms to a finite small value, the first group of prisms can be regarded as substantially flat plates. In this case, as shown in the right side and the left side of FIG. 7A, the change in the circular ratio is small between the incident light beam and the emitted light beam.

한편, 도 7b에 나타낸 바와 같이 원추 오목 프리즘 305a와 원추 볼록 프리즘 306a 간의 간격을 넓히면, 도 7b의 우측에 나타낸 바와 같이 사출 광속의 윤대율이 커져, 보다 가는 윤대 형상의 사출 광속을 얻을 수 있다.On the other hand, as shown in FIG. 7B, when the space | interval between the conical concave prism 305a and the convex convex prism 306a is widened, as shown in the right side of FIG. 7B, the rotational ratio of an injection light beam will become large and a thinner annular injection beam can be obtained.

회절 광학소자 301a를 이용해서 원추 오목 프리즘 305a와 원추 볼록 프리즘 306a에 원형의 광속이 입사하면, 도 5a, 5b에 나타낸 것처럼, 윤대율을 제로로부터 2/3이상까지 변화시킬 수가 있다. 회절 광학소자 301b가 푸리에 변환면에 형성하는 윤대 형상의 패턴의 윤대율의 최소값을 2/3 이하로 설정해 두면, 원추 오목 프리즘 305a와 원추 볼록 프리즘 306a 간의 간격을 바꾸는 것으로, 윤대율을 2/3 이하에서 4/5이상까지 변화시킬 수가 있다. 따라서, 회절 광학소자 선택기(310)를 이용해서 회절 광학소자 301a와 회절 광학소자 301b를 전환하고 프리즘 이동수단(309)을 이용해서 프리즘의 간격을 조정함으로써, 윤대율을 제로로부터 4/5 이상까지 조정할 수가 있다.When a circular light beam enters the concave concave prism 305a and the convex convex prism 306a using the diffractive optical element 301a, as shown in Figs. 5A and 5B, the rotation ratio can be changed from zero to 2/3 or more. If the minimum value of the circularity of the annular pattern formed on the Fourier transform plane is set to 2/3 or less, the diffraction optical element 301b changes the spacing between the conical concave prism 305a and the convex convex prism 306a, thereby reducing the circularity ratio to 2/3. It can be changed from 4/5 to below. Therefore, by switching the diffractive optical element 301a and the diffractive optical element 301b using the diffractive optical element selector 310 and adjusting the spacing of the prism by using the prism moving means 309, the rotator ratio from zero to 4/5 or more. I can adjust it.

다음에, 도 10a 및 10b를 참조해서, 원추 오목 프리즘 305b 및 원추 볼록 프리즘 306b에 윤대 형상의 광속이 입사했을 경우의 윤대율의 조정 범위에 대해서 설명한다.Next, with reference to FIGS. 10A and 10B, an adjustment range of the annular ratio when the annular light beam enters the conical concave prism 305b and the conical convex prism 306b will be described.

원추 오목 프리즘 305b와 원추 볼록 프리즘 306b의 경사면은, 서로 반대방향으로 향하고 있다. 이 때문에, 도 10a에 나타낸 바와 같이 양 프리즘 간의 간격을 제로로 해도, 도 10a의 우측에 나타낸 원추 볼록 프리즘 306b로부터 사출한 사출 광속은, 도 10a의 좌측에 나타낸 입사 광속보다 가는 윤대 형상을 갖는다.The inclined surfaces of the conical concave prism 305b and the conical convex prism 306b face each other in opposite directions. For this reason, even if the distance between both prisms is zero as shown in Fig. 10A, the emitted light flux emitted from the conical convex prism 306b shown on the right side of Fig. 10A has a annular shape that is thinner than the incident light beam shown on the left side of Fig. 10A.

도 10b에 나타낸 바와 같이, 원추 오목 프리즘 305b와 원추 볼록 프리즘 306b 간의 간격을 넓게 변경하면, 한층 더 가는 윤대 형상의 광속을 얻을 수 있다. 도 10b의 좌측에 나타낸 바와 같이, 윤대 형상의 입사 광속이 프리즘군에 입사했을 경우, 도 10b의 우측에 나타낸 바와 같이, 윤대율이 5/6이상인 가는 윤대 형상의 사출 광속이 사출면에 형성된다.As shown in FIG. 10B, when the interval between the conical concave prism 305b and the convex convex prism 306b is changed widely, a thinner annular beam can be obtained. As shown on the left side of Fig. 10B, when the annular incident light beam is incident on the prism group, as shown on the right side of Fig. 10B, a narrow annular injection beam with a radius of 5/6 or more is formed on the exit surface. .

이와 같이, 본 실시 예에 의하면, 고효율로 장치의 대형화를 억제하면서, 윤대율을 한층 더 넓은 범위에서 연속적으로 조정할 수가 있다.As described above, according to the present embodiment, it is possible to continuously adjust the rolling ratio in a wider range while suppressing the enlargement of the device with high efficiency.

그런데, 회절 광학소자 301d를 광로 중에 도입했을 경우, 푸리에 변환면(304)에는 다중극 형상의 패턴이 형성된다. 이 경우, 한 쌍의 원추 프리즘 간의 간격을 변화시키면, 외부 σ과 내부 σ의 비를 조정할 수 있어도, 각 폴(pole)의 개구각을 항상 제어할 수 없다. 이것은, 원추면이 원주 방향으로 굴절 작용을 갖고, 푸리에 변환면(304)에 형성된 폴 형상이 원추면에서 원주 방향으로 변형하기 때문이다.By the way, when the diffractive optical element 301d is introduced into the optical path, a multipole pattern is formed on the Fourier transform surface 304. In this case, if the distance between the pair of cone prisms is changed, even if the ratio of the external σ and the internal σ can be adjusted, the opening angle of each pole cannot always be controlled. This is because the conical surface has a refractive action in the circumferential direction, and the pole shape formed on the Fourier transform surface 304 deforms in the circumferential direction from the conical surface.

이 점에서, 본 발명자의 검토에 의하면, 개구각의 변화를 작게 하기 위해서는, 원추 프리즘에 입사하는 광속의 개구수 NA를 0.1 이하로 설정하는 것이 바람직하고, 원추 프리즘에 입사하는 광속의 직경 φ을 20mm 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 또, 원추 프리즘의 꼭지각 θ을 20°이하로 설정하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 상기 실시 예의 빔 성형 광학계(3)에 설치되어 있는 프리즘 중, 적어도 하나의 프리즘은, 상기 조건을 채우는 것이 바람직하다.From this point of view, according to the inventor's study, in order to reduce the change in the opening angle, it is preferable to set the numerical aperture NA of the light beam incident on the conical prism to 0.1 or less, and the diameter φ of the light beam incident on the conical prism is set. It is preferable to set it to 20 mm or more. Moreover, it is preferable to set the vertex angle (theta) of a cone prism to 20 degrees or less. For this reason, it is preferable that at least one prism satisfy | fills the said condition among the prism provided in the beam shaping optical system 3 of the said Example.

상기 실시 예에서는, 프리즘으로서 원추 프리즘이 이용되고 있다. 다만, 다중극 조명 등의 복잡한 오프-엑시스(off-axis) 조명을 형성하는 경우 등, 필요에 따라서, 각뿔 프리즘, 중앙부가 평면인 변형 원추 프리즘 등을 이용할 수도 있다.In the above embodiment, a conical prism is used as the prism. However, a pyramid prism, a deformed conical prism whose center is a planar surface, etc. can also be used as needed, such as when forming complex off-axis illumination, such as a multipole illumination.

상기 실시 예에서는, 옵티컬 인티그레이터로서 마이크로 렌즈 어레이나 회절 광학소자를 이용하고 있다. 그렇지만, 예를 들면, 로드(rod)형 인티그레이터 등, 다른 인티그레이터를 이용할 수도 있다.In the above embodiment, a micro lens array or a diffractive optical element is used as the optical integrator. However, other integrators, such as a rod type integrator, can also be used.

반도체 소자, 액정 표시 소자 등의 디바이스는, 전술의 몇 개의 실시 예의 노광장치를 사용해 감광제를 도포한 기판(웨이퍼, 유리 플레이트 등)을 노광하는 공정과, 그 기판을 현상하는 공정과, 다른 주지의 공정을 거침으로써 제조된다.A device such as a semiconductor element or a liquid crystal display element includes a process of exposing a substrate (wafer, glass plate, etc.) coated with a photosensitive agent using the exposure apparatus of some of the above-described embodiments, a process of developing the substrate, and other well-known It is manufactured by going through a process.

상기의 디바이스 제조방법에 의하면, 고품위의 디바이스를 제조할 수가 있 다. 이와 같이, 상기의 노광장치를 이용한 디바이스의 제조방법 및 결과물로서의 디바이스도, 본 발명의 일 측면을 구성한다.According to the device manufacturing method described above, a high quality device can be manufactured. In this manner, the device manufacturing method using the above exposure apparatus and the device as a result also constitute one aspect of the present invention.

본 발명의 상기 실시 예에 의하면, 광범위하고 연속적으로 윤대율의 조정이 가능한 조명 광학장치를 제공할 수가 있다. 특히, 윤대율을 적어도 1/2에서 4/5의 사이에서 조정하도록 구성된 조명 광학장치를 제공할 수도 있다. 상기 실시 예에 의하면, 장치의 대형화를 억제하면서 효율적으로 윤대율을 조정하는 것이 가능하다.According to the above embodiment of the present invention, it is possible to provide an illumination optical device capable of adjusting the scaling ratio in a wide range and continuously. In particular, it is also possible to provide an illumination optic that is configured to adjust the wheel scale between at least 1/2 and 4/5. According to the embodiment described above, it is possible to efficiently adjust the ring size while suppressing the enlargement of the apparatus.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 설명했지만, 본 발명은 이러한 예시적인 실시 예에 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없고, 그 요지의 범위 내에서 여러 가지의 변형 및 변경이 가능하다.As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this exemplary embodiment, A various deformation | transformation and a change are possible within the scope of the summary.

예를 들면, 프리즘으로서는, 상기의 실시 예에서 설명한 볼록 프리즘 및 오목 프리즘에 한정하지 않는다. 프리즘과 같은 작용을 갖는 회절 광학소자 등의 광학 부재도 이용할 수가 있다.For example, the prism is not limited to the convex prism and the concave prism described in the above embodiments. Optical members such as diffractive optical elements having the same effect as prisms can also be used.

프리즘의 원추면(경사면)의 배치에 대해서는, 도 5 및 도 6에 나타낸 배치에 한정되지 않는다. 어느 원추면도 프리즘에 대해서 광원 측에 배치되어 있어도 되고, 프리즘에 대해서 피조사면측에 배치되어 있어도 된다. 예를 들면, 제 1의 프리즘군을 구성하는 제 1의 오목 프리즘과 제 1의 볼록 프리즘과의 위치 관계에 대해서는, 제 1의 오목 프리즘이 피조사면측에 배치되고, 제 1의 볼록 프리즘이 광원측에 배치된다. 제 1의 오목 프리즘 및 제 1의 볼록 프리즘의 원추면은 모두 광원 측에 배치된다. 제 2의 프리즘군을 구성하는 제 2의 오목 프리즘과 제 2의 볼록 프리 즘과의 위치 관계에 대해서는, 제 2의 오목 프리즘이 광원측에 배치되고, 제 2의 볼록 프리즘이 피조사면측에 배치된다. 그리고, 제 2의 오목 프리즘 및 제 2의 볼록 프리즘의 원추면은 모두 피조사면측에 배치된다.The arrangement of the conical surface (inclined surface) of the prism is not limited to the arrangement illustrated in FIGS. 5 and 6. Any conical surface may be arranged on the light source side with respect to the prism, or may be arranged on the irradiated surface side with respect to the prism. For example, with respect to the positional relationship between the first concave prism constituting the first prism group and the first convex prism, the first concave prism is disposed on the side to be irradiated, and the first convex prism is a light source. Is placed on the side. Both conical surfaces of the first concave prism and the first convex prism are disposed on the light source side. As for the positional relationship between the second concave prism and the second convex prism constituting the second prism group, the second concave prism is arranged on the light source side, and the second convex prism is arranged on the irradiated surface side. do. The conical surfaces of the second concave prism and the second convex prism are both disposed on the irradiated surface side.

도 1은, 본 발명의 실시 예 1에 있어서의 빔 성형 광학계의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a beam shaping optical system according to a first embodiment of the present invention.

도 2는, 본 발명의 실시 예에 있어서의 조명 광학장치를 포함하는 노광장치의 개략도이다.2 is a schematic diagram of an exposure apparatus including an illumination optical apparatus in an embodiment of the present invention.

도 3은, 본 발명의 실시 예에 있어서의 차광 부재의 개략도이다.3 is a schematic view of the light blocking member in the embodiment of the present invention.

도 4a 및 4b는, 본 발명의 실시 예에 있어서의 회절 광학소자의 개략도이다.4A and 4B are schematic views of diffractive optical elements in the embodiment of the present invention.

도 5a 및 5b는, 본 발명의 실시 예 1에 있어서의 제 1의 프리즘군에 대한 설명도이다.5A and 5B are explanatory views of the first prism group in the first embodiment of the present invention.

도 6a 및 6b는, 본 발명의 실시 예 1에 있어서의 제 2의 프리즘군에 대한 설명도이다.6A and 6B are explanatory views of the second prism group in the first embodiment of the present invention.

도 7a 및 7b는, 본 발명의 실시 예 2에 있어서의 윤대율의 변화에 대한 설명도이다.7A and 7B are explanatory diagrams of a change in the rolling ratio in the second embodiment of the present invention.

도 8은, 유효 광원의 파라미터에 대한 설명도이다.8 is an explanatory diagram for a parameter of an effective light source.

도 9는, 본 발명의 실시 예 2에 있어서의 빔 성형 광학계의 개략도이다.9 is a schematic diagram of a beam shaping optical system according to a second embodiment of the present invention.

도 10a 및 10b는, 본 발명의 실시 예 2에 있어서의 윤대율의 변화에 대한 설명도이다.10A and 10B are explanatory diagrams of a change in the rolling ratio in the second embodiment of the present invention.

Claims (8)

광원으로부터의 광속을 피조사면에 조사하도록 구성된 조명 광학장치로서,An illumination optical device configured to irradiate a light beam from a light source onto an irradiated surface, 복수의 프리즘을 갖는 제 1의 프리즘군과,A first prism group having a plurality of prisms, 복수의 프리즘을 갖는 제 2의 프리즘군과,A second group of prisms having a plurality of prisms, 상기 제 1의 프리즘군과 상기 제 2의 프리즘군을 전환하여 상기 제 1의 프리즘군과 상기 제 2의 프리즘군 중의 하나를 광로 중에 배치하는 것이 가능한 프리즘군 스위치를 구비하고,And a prism group switch capable of switching the first prism group and the second prism group to arrange one of the first prism group and the second prism group in an optical path, 상기 광로 중에 배치된 상기 제 1 및 제 2의 프리즘군 중 하나에 포함된 복수의 프리즘의 적어도 1개를 광축 방향으로 이동시키는 것으로, 상기 제 1 및 제 2의 프리즘군 중 하나로부터 사출되는 광속의 윤대율을 변화시키고,By moving at least one of the plurality of prisms included in one of the first and second prism groups disposed in the optical path in the optical axis direction, the luminous flux emitted from one of the first and second prism groups Change the leap rate, 상기 제 1의 프리즘군으로부터 사출되는 광속의 윤대율의 상한값은, 상기 제 2의 프리즘군으로부터 사출되는 광속의 윤대율의 하한값 이상이며, 상기 제 2의 프리즘군으로부터 사출되는 광속의 윤대율의 상한값보다 작은 것을 특징으로 하는 조명 광학장치.The upper limit of the rotational ratio of the luminous flux emitted from the first prism group is greater than or equal to the lower limit of the luminous ratio of the luminous flux emitted from the second prism group, and the upper limit of the rotational ratio of the luminous flux emitted from the second prism group. Illumination optics, characterized in that smaller. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1의 프리즘군은, 경사면이 서로 마주보도록 배치된 제 1의 오목 프리즘 및 제 1의 볼록 프리즘을 포함하고,The first group of prisms includes a first concave prism and a first convex prism arranged so that the inclined surfaces face each other, 상기 제 2의 프리즘군은, 경사면이 서로 반대방향으로 향하도록 배치된 제 2의 오목 프리즘 및 제 2의 볼록 프리즘을 포함하며,The second group of prisms includes a second concave prism and a second convex prism disposed so that the inclined surfaces face in opposite directions to each other, 상기 광로 중에 배치된 상기 제 1 및 제 2의 프리즘군 중 하나의 프리즘군에 포함된 오목 프리즘 및 볼록 프리즘 중 적어도 하나의 프리즘이 광축 방향으로 이동 가능한 것을 특징으로 하는 조명 광학장치.And at least one of a concave prism and a convex prism included in one prism group of the first and second prism groups disposed in the optical path is movable in an optical axis direction. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제 1의 프리즘군은, 상기 제 1의 오목 프리즘과 상기 제 1의 볼록 프리즘을 조합해서 실질적으로 평면판이 되도록 구성된 것을 특징으로 하는 조명 광학장치.The first optical prism group is configured to be a substantially flat plate by combining the first concave prism and the first convex prism. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광원으로부터 광속을 회절해서 상기 광로 중에 배치된 프리즘군에 입사시키도록 구성된 복수의 회절 광학소자와,A plurality of diffractive optical elements configured to diffract a light beam from the light source and to enter a group of prisms disposed in the optical path; 상기 복수의 회절 광학소자 중의 하나를 선택해서 상기 광로 중에 배치하도록 구성된 회절 광학소자 선택기와,A diffractive optical element selector configured to select one of the plurality of diffractive optical elements and to place in the optical path; 상기 광로 중에 배치된 회절 광학소자로부터 사출된 광속을 집광하도록 구성된 콘덴서 광학계를 더 구비하고,And a condenser optical system configured to condense the light beam emitted from the diffractive optical element disposed in the optical path, 상기 윤대율은, 상기 회절 광학소자 선택기가 상기 광로 중에 배치되는 회절 광학소자를 전환하는 것에 의해 조정되는 것을 특징으로 하는 조명 광학장치.And the rotation ratio is adjusted by switching the diffractive optical element in which the diffractive optical element selector is arranged in the optical path. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제 2의 오목 프리즘의 경사각은, 상기 제 1의 오목 프리즘의 경사각보다 큰 것을 특징으로 하는 조명 광학장치.The inclination angle of the second concave prism is larger than the inclination angle of the first concave prism. 광원으로부터의 광속을 피조사면에 조사하도록 구성된 조명 광학장치로서,An illumination optical device configured to irradiate a light beam from a light source onto an irradiated surface, 복수의 프리즘을 갖는 제 1의 프리즘군과,A first prism group having a plurality of prisms, 복수의 프리즘을 갖는 제 2의 프리즘군을 구비하고,A second prism group having a plurality of prisms, 상기 제 1 및 제 2의 프리즘군 중 하나의 프리즘군은, 경사면이 서로 마주보도록 배치된 제 1의 오목 프리즘 및 제 1의 볼록 프리즘을 포함하고, 상기 제 1의 오목 프리즘과 상기 제 1의 볼록 프리즘을 조합함으로써 실질적으로 평면판의 형성을 갖고,The prism group of one of the first and second prism groups includes a first concave prism and a first convex prism disposed so that the inclined surfaces face each other, and the first concave prism and the first convex prism. By combining the prisms to substantially form the flat plate, 상기 제 1 및 제 2의 프리즘군의 다른 하나의 프리즘군은, 상기 광속의 광로 중에 착탈 가능하며,The other prism group of the first and second prism groups is detachable from the optical path of the light beam, 상기 제 1 및 상기 제 2의 프리즘군 중 하나의 프리즘군에 포함된 복수의 프리즘의 적어도 1개를 광축 방향으로 이동시킴으로써 상기 제 1 및 상기 제 2의 프 리즘군 중의 하나의 프리즘군으로부터 사출되는 광속의 윤대율을 변화시키고,Ejected from one prism group of the first and second prism groups by moving at least one of the plurality of prisms included in one prism group of the first and second prism groups in the optical axis direction Change the luminous flux of the beam, 상기 제 1의 프리즘군으로부터 사출되는 광속의 윤대율의 상한값은, 상기 제 2의 프리즘군으로부터 사출되는 광속의 윤대율의 하한값 이상이며, 상기 제 2의 프리즘군으로부터 사출되는 광속의 윤대율의 상한값보다 작은 것을 특징으로 하는 조명 광학장치.The upper limit of the rotational ratio of the luminous flux emitted from the first prism group is greater than or equal to the lower limit of the luminous ratio of the luminous flux emitted from the second prism group, and the upper limit of the rotational ratio of the luminous flux emitted from the second prism group. Illumination optics, characterized in that smaller. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 조명 광학장치와,The illumination optical device according to any one of claims 1 to 6, 상기 피조사면에 배치되는 원판의 패턴의 상을 기판에 투영하도록 구성된 투영 광학계를 구비하는 것을 특징으로 하는 노광장치.And a projection optical system configured to project an image of a pattern of the original plate disposed on the irradiated surface onto a substrate. 청구항 7에 기재된 노광장치를 이용해 기판을 노광하는 스텝과,Exposing the substrate using the exposure apparatus according to claim 7, 노광된 기판을 현상하는 스텝을 포함한 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.A device manufacturing method comprising the step of developing the exposed substrate.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101390512B1 (en) * 2012-11-30 2014-04-30 주식회사 나래나노텍 Improved light exposure source for forming patterns, and exposure apparatus, system, and method for forming patterns having the same

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102929107B (en) * 2012-11-29 2014-10-15 中国科学院上海光学精密机械研究所 Pupil shaping device for photoetching illumination
JP5843905B2 (en) * 2013-04-23 2016-01-13 キヤノン株式会社 Illumination optical system, exposure apparatus, and device manufacturing method
JP6955934B2 (en) * 2017-09-07 2021-10-27 株式会社アマダ Laser processing machine
CN114706211B (en) * 2022-04-19 2023-07-07 江苏亮点光电科技有限公司 Beam transmission direction adjusting device based on wedge-shaped mirror pair

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0521312A (en) 1991-07-17 1993-01-29 Nikon Corp Exposure method and aligner
JP3295956B2 (en) 1992-03-05 2002-06-24 株式会社ニコン Exposure apparatus and method for manufacturing semiconductor element
JPH11271619A (en) * 1998-03-19 1999-10-08 Nikon Corp Illumination optical device and exposure device provided with illumination optical device
US6563567B1 (en) * 1998-12-17 2003-05-13 Nikon Corporation Method and apparatus for illuminating a surface using a projection imaging apparatus
JP2001035777A (en) 1999-07-23 2001-02-09 Nikon Corp Illumination optical apparatus and aligner having the same
TW200412617A (en) * 2002-12-03 2004-07-16 Nikon Corp Optical illumination device, method for adjusting optical illumination device, exposure device and exposure method
KR101124179B1 (en) * 2003-04-09 2012-03-27 가부시키가이샤 니콘 Exposure method and apparatus, and device manufacturing method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101390512B1 (en) * 2012-11-30 2014-04-30 주식회사 나래나노텍 Improved light exposure source for forming patterns, and exposure apparatus, system, and method for forming patterns having the same

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